淺析核電站堆芯設(shè)備的拆除方式獲獎科研報告

淺析核電站堆芯設(shè)備的拆除方式獲獎科研報告摘要：為了對核電站堆芯設(shè)備進(jìn)行拆除，一系列不同的拆除工藝被開發(fā)、發(fā)展和應(yīng)用。新型拆除技術(shù)與傳統(tǒng)拆除方法均在退役工作中得到了廣泛應(yīng)用，同時水下切割以及遠(yuǎn)距離控制切割技術(shù)的快速發(fā)展進(jìn)一步解決了退役拆除過程中的許多難題。本文對現(xiàn)有拆除技術(shù)以及輔助手段進(jìn)行選擇比較并分析。

關(guān)鍵詞：堆芯設(shè)備；遙控技術(shù)；拆除

1引言

隨著核電反應(yīng)堆陸續(xù)結(jié)束運行，核電站反應(yīng)堆廠房內(nèi)主要的放射性集中在反應(yīng)堆冷卻系統(tǒng)，其中放射性最高的是反應(yīng)堆壓力容器及反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)部構(gòu)件。拆除這類設(shè)備是極具挑戰(zhàn)性的。為了更好解決拆除的問題，需要對這些不同種類的較高放射性的設(shè)備的拆除方法和技術(shù)進(jìn)行分析研究。

2拆除分析

對于反應(yīng)堆廠房內(nèi)物項拆除順序按照：大型放射性污染設(shè)備、構(gòu)件→輕微污染設(shè)備→其他放射性污染設(shè)備→輔助系統(tǒng)→被活化、污染的建（構(gòu)）筑物→廠房環(huán)吊。本文中所研究的拆除對象即反應(yīng)堆中的大型放射性污染設(shè)備，主要包括：蒸汽發(fā)生器、反應(yīng)堆壓力容器及內(nèi)部構(gòu)件。

3拆除方法

為了對核電廠高放射水平部件進(jìn)行拆除，一系列不同的拆除切割工藝被開發(fā)、改進(jìn)和應(yīng)用。等離子體電弧切割，接觸弧金屬切割和磨料水射流切割等新型拆除技術(shù)與圓盤鋸、線鋸、帶鋸等傳統(tǒng)拆除方法在退役工作中得到了廣泛應(yīng)用，同時與水下切割和遠(yuǎn)距離控制切割技術(shù)的配合也解決了退役過程中放射性較高的設(shè)備拆除的難題。通過對現(xiàn)有技術(shù)的選擇應(yīng)用以及輔助手段的配合對某核電廠放射性水平較高的設(shè)備的拆除技術(shù)進(jìn)行分析。

3.1壓力容器的拆除

壓力容器壁厚一般大于150～300mm。能夠切割超過200mm的切割工具有接觸弧金屬切割、高壓水磨料切割、機(jī)械鋸和金剛石線鋸等，壓力容器的放射性對于構(gòu)件低，可以進(jìn)行空氣中切割[1]。

接觸弧金屬切割、高壓水磨料切割、機(jī)械鋸三種切割頭具有各自的優(yōu)缺點。接觸弧金屬切割操作主要用于水下操作，機(jī)械鋸和高壓水磨料切割頭較適用于切割壓力容器。機(jī)械鋸由于其是剛性切口，較難改變切割方向，因此難以切割壓力容器頂部和底部。

相對而言，高壓水磨料切割的功能性較強(qiáng)，但切割產(chǎn)生大量的二次廢物泥漿，并消耗大量的水。

機(jī)械鋸具有較大的反作用力，其適合于安裝在線型運動的載帶裝置上。這意味著載帶裝置的選擇面更廣，可以配置較輕的載帶裝置，用于更狹窄的區(qū)域和更精準(zhǔn)的操作，而在壓力容器頂部和底部通常排布著小的管道，使得切割區(qū)域比較狹窄。

3.2堆內(nèi)構(gòu)件的拆除

內(nèi)部構(gòu)件相對于壓力容器壁厚較薄，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，現(xiàn)有遙控拆除技術(shù)有等離子體弧和機(jī)械遙控拆除。由于廠區(qū)內(nèi)換料水池很大，給予堆內(nèi)構(gòu)件拆除足夠的空間解體，且內(nèi)部構(gòu)件放射性較高，因此常用屏蔽在水下拆除方式。

等離子體弧遙控拆除內(nèi)部構(gòu)件已經(jīng)成功應(yīng)用于核電站退役中，典型的方式是在水下切割。等離子體弧切割是通過鎢電極和導(dǎo)電金屬表面產(chǎn)生直流電弧，在高速噴射的電弧作用下，工件表面發(fā)生局部熔化而實現(xiàn)切割[2]。

等離子體弧切割速度快，而且易于操作，但耗能高，產(chǎn)生煙塵和氣溶膠多。水下操作可降低受照劑量、控制切割溫度、抑制氣溶膠擴(kuò)散，但由于水的透明度和導(dǎo)電性變化，會給操作實施帶來困難。

3.3蒸汽發(fā)生器的拆除

蒸汽發(fā)生器的拆除，主要采用兩種切割工具來完成：高壓水射流切割工具與遠(yuǎn)距離操控機(jī)械手以及水冷金剛石線鋸。

高壓水射流切割，附加的磨料被添加到水射流中來提高切割力度。這些磨料和使用的水被看做二次廢物。切割過程使用的第二個工具是金剛石線鋸，這個線鋸包含一個金剛珠鏈，這些金剛珠的研磨作用，不同類型和層次的材料被切割。

高壓水射流與動力手的結(jié)合對于外部殼體的切割十分有效且操作靈活，但是對于管束的切割就顯得不那么高效，所以采用金剛石線鋸作為管束的切割方法，可以看做是與高壓水切割互補(bǔ)的切割手段。[3]

4拆除技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)

對于高放射性設(shè)備的拆除方案，具有針對性的切割方法以及水下切割遠(yuǎn)距離切割等的開發(fā)也進(jìn)展迅速，尤其是遠(yuǎn)距離遙控技術(shù)的應(yīng)用，但是對于在放射性水平較高的設(shè)備的拆除工作中也面臨著許多難點和挑戰(zhàn)[4]。

■新型切割方法的研制增加了操作的機(jī)械可控性以及切割效率，但是另一方面與傳統(tǒng)冷切割方法相比更多不易處理的二次廢物，所以在解體切割方式的選擇上面要根據(jù)被切割設(shè)備形狀、厚度、材質(zhì)、放射性以及效率等多面進(jìn)行考慮。

■由于被切割的對象和情況不同，需選擇不同的載帶裝置，選擇適宜的遙控拆除技術(shù)。應(yīng)盡量研究多功能遠(yuǎn)程遙控系列設(shè)備、標(biāo)準(zhǔn)智能遠(yuǎn)程系統(tǒng)、通用操作軟件，減少單獨開發(fā)研究所消耗的大量時間和成本，同時有利于操作人員的遠(yuǎn)程操作；

■遠(yuǎn)程操作進(jìn)行遙控拆除的精準(zhǔn)度有待提升。建立遠(yuǎn)程系統(tǒng)較好的反饋系統(tǒng)，多維攝像頭和分析系統(tǒng)可大大提高遙控拆除的效率；

■遙控拆除高負(fù)載機(jī)械臂的工具更換管理、尺寸減少、組件運輸和包裝等方面仍是一項重要的研發(fā)內(nèi)容。

5結(jié)論

目前我國首個核電廠-秦山一期已接近其設(shè)計壽期，反應(yīng)堆的退役工作需要認(rèn)真對待，對于放射性水平較高的主設(shè)備拆除技術(shù)的研究已經(jīng)取得了很多的成